„A molekuláris elmélet központi dogmája biológia a DNS-ről fehérjére RNS-en keresztül történő szekvenciális információk részletes maradékról-maradékra történő átvitelével foglalkozik. Azt állítja, hogy az ilyen információk egyirányúak a DNS-ről a fehérjére, és nem vihetők át fehérjéből sem fehérjébe, sem nukleinsavba” (Crick F., 1970).
Stanley Miller 1952-ben, 1959-ben pedig egy másik kísérletet végzett, hogy megértse és megfejtse az élet eredetét az ősföldi környezetben, és 2007-ig élt. Az ő idejében a DNS-t fontosnak tartották. biológiai molekula, valójában a legfontosabb biológiai molekula az információs polimer szempontjából. Miller azonban a jelek szerint teljesen elmulasztotta a „nukleinsavval kapcsolatos információs molekula” kifejezett említését munkáiban és gondolataiban.
Miller kísérletének egyik érdekessége, hogy miért mulasztotta el a nukleinsav-információs polimerek keresését a korai földi körülmények között, és miért csak az aminosavakra összpontosított? Ez azért van, mert nem használt foszfát prekurzorokat, bár a foszfor valószínűleg jelen van primitív vulkánkitörési körülmények között? Vagy ezt feltételezte fehérje csak az információs polimer lehetett, és ezért csak aminosavakat keresett? Meg volt-e győződve arról, hogy a fehérje az élet keletkezésének alapja, és ezért kísérletében csak az aminosavak létezését kereste, vagy azt a tényt, hogy a fehérjék ellátják az emberi szervezetben az összes funkciót, és ezek az alapjai annak, amilyenek vagyunk fenotípusosan, és ennélfogva inkább fontosabb, mint a nukleinsavak, amit akkoriban gondolhatott?
A fehérjékről és azok működéséről 70 évvel ezelőtt sokat tudtak, a nukleinsavakról akkoriban már kevésbé. Mivel a fehérjék felelősek minden biológiai reakcióért a szervezetben, ezért Miller úgy gondolta, hogy információhordozónak kell lenniük; és ezért csak kísérleteiben kereste a fehérje építőköveit. Valószínű, hogy nukleinsav építőelemek is keletkeztek, de olyan nyomokban voltak jelen, hogy a kifinomult műszerek hiánya miatt nem lehetett kimutatni.
DNS A szerkezet egy évvel később, 1953-ban derült ki, amely kettős spirális struktúrát javasolt a DNS számára, és beszélt annak replikációs tulajdonságáról. Ebből született a híresKözponti dogma a Molekuláris Biológia című könyvében, 1970-ben, Francis Crick híres tudóstól!1 A tudósok pedig annyira ráhangolódtak és meggyőződtek a központi dogmáról, hogy a primitív földi körülmények között nem kerestek nukleinsav-prekurzorokat.
Úgy tűnik, a történet nem ér véget Millerrel; Úgy tűnik, senki sem keresett nukleinsav-prekurzorokat primitív földi körülmények között nagyon sokáig – ami nagyon meglepő a tudomány e gyorsan változó szakaszában. Bár vannak jelentések az adenin szintéziséről prebiotikus összefüggésben2 de a nukleotid-prekurzorok prebiotikus szintéziséről jelentős jelentéseket közölt Sutherland3 2009-ben és azután. 2017-ben a kutatók4 hasonló redukáló körülményeket szimulált, mint amilyeneket Miller és Urey használt RNS nukleobázisok előállítására elektromos kisülések és nagy teljesítményű lézervezérelt plazmaütések segítségével.
Ha Miller valójában információs polimernek gondolta volna a fehérjét, akkor felmerül a kérdés: „A fehérje valóban információs polimer”? A „központi dogma” közel fél évszázados uralma után láthatjuk Koonin dolgozatát.5 2012-ben, „Még mindig áll a központi dogma? A prion története, egy rosszul összehajtogatott fehérje, amely betegségeket okoz, jó példa erre. Miért nem vált ki immunválaszt és/vagy ürül ki a szervezetből a rosszul feltekeredett prionfehérje a szervezetben? Ehelyett ez a rosszul hajtogatott fehérje elkezd más, hozzá hasonló fehérjéket „rossznak” állítani, mint a CZD-betegség esetében. Miért a „jó” fehérjéket a másik „rossz” fehérje vezérli/diktálja, hogy rosszul hajtsák fel, és miért nem állítja meg ezt a sejtrendszer? Milyen információval rendelkezik ez a rosszul hajtogatott fehérje, amely „átkerül” más hasonló fehérjékre, és ezek szabálytalanul kezdenek el működni? Ezenkívül a prionok rendkívül szokatlan tulajdonságokat mutatnak, különösen rendkívül ellenállóak a kezeléssel szemben, amely még a legkisebb nukleinsavmolekulákat is inaktiválja, mint például a nagy dózisú UV-sugárzás.6. A prionok elpusztíthatók 100°C feletti előmelegítéssel tisztítószerek jelenlétében, majd enzimes kezeléssel7.
Élesztőben végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a prionfehérjék rendezetlen prionmeghatározó doménnel rendelkeznek, amely beindítja a konformációs átmenetet a jó fehérjéből a „rossz” fehérjébe.8. A prionkonformáció spontán módon, alacsony gyakorisággal (10-6 nagyságrendű) alakul ki.9 és stressz körülmények között fokozódik a prionállapotba való átváltás és onnan vissza10. Mutánsokat izoláltak heterológ priongénekben, sokkal nagyobb gyakorisággal a prionképződéssel11.
A fenti tanulmányok arra utalnak, hogy a hibásan hajtogatott prionfehérjék információt adnak át más fehérjéknek, és esetleg visszakerülhetnek a DNS-be, hogy mutációkat váltsanak ki a priongénekben? A prionfüggő fenotípusos öröklődés genetikai asszimilációja arra utal, hogy lehetséges. Mindazonáltal a fordított transzlációt (fehérje DNS-be) a mai napig nem fedezték fel, és nagyon valószínűtlennek tűnik, hogy valaha is felfedezzék, a központi dogma erős hatása és az ilyen törekvések finanszírozásának esetleges hiánya miatt. Elképzelhető azonban, hogy a fehérjéből a DNS-be történő információátvitel mögött meghúzódó molekuláris mechanizmusok teljesen eltérnek a hipotetikus fordított transzlációtól, és egy adott időpontban napvilágra kerülhetnek. Nehéz kérdés erre a kérdésre válaszolni, de minden bizonnyal a szabad, korlátlan vizsgálódás szelleme a tudomány ismertetőjele, és a dogmához vagy kultuszhoz való házasodás a tudomány ellenszegülését jelenti, és képes programozni a tudományos közösség gondolkodását.
***
Referenciák:
1. Crick F., 1970. A molekuláris biológia központi dogmája. Nature 227, 561–563 (1970). DOI: https://doi.org/10.1038/227561a0
2. McCollom TM., 2013. Miller-Urey and Beyond: Mit tanultunk a prebiotikus szerves szintézis reakcióiról az elmúlt 60 évben? Föld- és bolygótudományok éves áttekintése. Vol. 41:207-229 (A kötet megjelenésének dátuma: 2013. május) Először online, előzetes áttekintésként tették közzé 7. március 2013-én. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-earth-040610-133457
3. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Aktivált pirimidin ribonukleotidok szintézise prebiotikusan valószínű körülmények között. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
4. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Nukleobázisok kialakulása Miller–Urey redukáló atmoszférában. PNAS, 25. április 2017., 114 (17) 4306-4311; első közzététel: 10. április 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
5. Koonin, EV 2012. Továbbra is áll a központi dogma?.Biol Direct 7, 27 (2012). https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-27
6. Bellinger-Kawahara C, Cleaver JE, Diener TO, Prusiner SB: A tisztított scrapie-prionok ellenállnak az UV-sugárzás általi inaktiválásnak. J Virol. 1987 (61): 1-159 (166)]. Elérhető online a https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3097336/
7. Langeveld JPM, Jeng-Jie Wang JJ és munkatársai 2003. A prionfehérje enzimatikus lebontása az agyban, fertőzött szarvasmarhából és juhból. The Journal of Infectious Diseases, 188. kötet, 11. szám, 1. december 2003., 1782–1789. oldal. DOI: https://doi.org/10.1086/379664.
8. Mukhopadhyay S, Krishnan R, Lemke EA, Lindquist S, Deniz AA: A natívan kibontott élesztő prion monomer összeomlott és gyorsan ingadozó struktúrák együttesét veszi fel. Proc. Natl. Acad. Sci. US A., 2007, 104(8): 2649-2654. 10.1073/pnas.0611503104..DOI:: https://doi.org/10.1073/pnas.0611503104
9. Chernoff YO, Newnam GP, Kumar J, Allen K, Zink AD: Bizonyíték egy fehérjemutátorra élesztőben: a Hsp70-hez kapcsolódó chaperon ssb szerepe a [PSI] prion képződésében, stabilitásában és toxicitásában. Mol Cell Biol. 1999 (19): 12-8103 (8112). DOI: https://doi.org/10.1128/mcb.19.12.8103
10. Halfmann R, Alberti S, Lindquist S: Prions, protein homeostasis, and fenotípusos diverzitás. Trends Cell Biol. 2010, 20 (3): 125-133. 10.1016/j.tcb.2009.12.003.DOI: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.003
11. Tuite M, Stojanovski K, Ness F, Merritt G, Koloteva-Levine N: Cellular tényezők fontosak az élesztő prionok de novo formációjához. Biochem Soc Trans. 2008, 36 (5. pont): 1083-1087.DOI: https://doi.org/10.1042/BST0361083
***
